[論文レビュー] Cloaking vs. shielding in transformation optics

Allan Greenleaf, Yaroslav Kurylev+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2009

Metamaterials and Metasurfaces Applications被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、変換光学的クローカーが被 cloaked 異常から完全に遮蔽しないことを示しており、内部共鳴による結合が遮蔽を劣化させることを明らかにしている。この結合を活用することで、被 cloaked 区域内のセンサーが外部波を検出できる効果的なクローカーを設計した。これは、プラズモン的アプローチに類似した隠れたセンシングを可能にする。

ABSTRACT

It is generally believed that transformation optics based cloaking, besides rendering the cloaked region invisible to detection by scattering of incident waves, also shields the region from those same waves. We demonstrate a coupling between the cloaked and uncloaked regions, exposing a difference between cloaking for rays and waves. Interior resonances allow this coupling to be amplified, and careful choice of parameters leads to effective cloaks with degraded shielding. As one application, we describe how to use transformation optics to hide sensors in the cloaked region and yet enable the sensors to efficiently measure waves incident on the exterior of the cloak, an effect similar to the plasmon based approach of Alu' and Engheta.

研究の動機と目的

• 変換光学的クローカーが被 cloaked 区域を入射波から完全に遮蔽すると仮定することを挑戦すること。
• 変換光学的クローカーにおける被 cloaked 区域と非 cloaked 区域の間の結合の存在と影響を調査すること。
• 内部共鳴がこの結合を増幅し、遮蔽性能を劣化させることを示すこと。
• 内部にセンサーを設置した場合に外部波を検出できるクローカーを設計することにより、隠れたセンシングを実現すること。

提案手法

• 被 cloaked 区域を仮想空間に写像する座標変換を用いて、クローカーを変換光学的にモデル化すること。
• 変換された座標系における完全なベクトル波方程式を用いて、波の伝播を分析すること。
• 変換に起因する不均一性によって、被 cloaked 区域内の内部共鳴が外部入射波に結合することを同定すること。
• 散乱に対するクローキングを維持しつつ、結合を最大化するようにクローカーのパラメータを最適化し、センサー機能を実現すること。
• 結果をプラズモン的クローキング手法と比較し、隠れたセンシング能力における類似性を強調すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 変換光学的クローキングは、内部領域を入射波から本当に完全に遮蔽するのか？
• RQ2 被 cloaked 区域内の内部共鳴は、外部との波の結合にどのように影響するか？
• RQ3 被 cloaked 区域と非 cloaked 区域の間の結合を活用して、クローカー内部でのセンシングを可能にすることができるか？
• RQ4 どの変換パラメータの選択が、効果的なクローキングと強化された内部波検出を両立させるか？
• RQ5 このアプローチは、プラズモン的隠れセンシングと比較して、性能面でどのように異なるか？

主な発見

• 被 cloaked 区域内の内部共鳴が、外部入射波への測定可能な結合を生じさせ、完全な遮蔽という仮定に反する。
• クローカーの幾何学的および材料的パラメータを調整してこれらの共鳴を励起することで、結合強度を顕著に増幅できる。
• 散乱に対しては見えないままであるが、内部センサーによる効率的な波検出が可能な効果的なクローカーを設計できる。
• このメカニズムにより、外部観測者に対してクローキング性能を損なわせることなく、クローカー内部でのセンシングが可能になる。
• このアプローチは、プラズモン的クローキングに類似した機能を実現するが、変換光学的手法を用いることで、隠れたセンサー展開の新たな道筋を提供する。